Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Васильев Л.А. - Конспект лекций

.pdf
Скачиваний:
69
Добавлен:
03.03.2016
Размер:
1.4 Mб
Скачать

61

Основные параметры:

коэффициент усиления КU 0;

выходное напряжение Uвых и выходное сопротивление Rвых;

входной ток Iвх и входное сопротивление Rвх;

коэффициент ослабления синфазного сигнала Косс;

напряжение и ток питания: Еп, Iп.

Uвых

+Uвых max

Uвх1,

(-Uвх2)

-Uвых max

Передаточная характеристика ОП:

Усилитель на базе ОУ создается введением ООС.

 

9.2.2

Неинвертирующий ОУ

 

 

 

 

 

 

 

 

R2

 

 

Uвых

 

UОУ = (Uвх Uос) –

 

 

Uвх

U

 

 

 

последовательная ОС

 

 

 

ОУ

 

 

 

 

Uвх – на прямой вход,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Uос – на инверсный вход.

 

 

 

UОС

R

Rос

При КU 0

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

Uвых 0;

 

 

 

 

 

 

U

ОУ

U

вх

U

ос

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R1

 

 

 

 

 

 

Uвх Uос εUвых Uвых R R

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

ос

 

КU н Uвых R1 Rос

Uвх R1

т.е. Копределяется только параметрами цепи ООС.

R

 

Rвых

;

R

R

1 εK

 

.

 

 

вых н

1 εK

вх н

вх

 

U0

 

 

 

U 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

62

Передаточная характеристика:

 

 

При Rос = 0 и R1 = ►

 

 

 

Uвых

 

 

 

повторитель сигнала:

 

+Uвых max

 

 

 

 

U

Uвых

 

 

 

 

 

 

 

 

вх

 

 

 

 

Uвх

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-Uвых max

 

 

 

 

 

 

 

9.2.3

Инвертирующий ОУ

 

 

 

 

 

 

 

 

RОС

 

IОУ = (Iвх + Iос) –

 

R1

Iос

 

 

параллельная ОС

 

 

Uвх и

Uос – на инверсный вход.

 

 

 

 

Uвх

I

IОУ

 

 

При Rвх

 

вх

 

Uвых

 

 

 

 

 

IОУ Iвх Iос

0;

 

 

 

 

 

 

 

 

Iвх Iос;

Uвх UОУ

Uвых UОУ ;

 

 

 

 

 

 

 

R1

 

Rос

 

 

 

UОУ 0;

Uвых Uвх Rос R1;

 

 

 

 

КU и Rос

R1.

 

 

 

 

R

R ;

R

 

 

Rвых .

 

 

 

вхи

1

выхи

 

1 εКU0

Передаточная характеристика:

 

Uвых

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+Uвых max

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Uвх

 

 

 

 

-Uвых max

 

 

 

 

При Rос = R1

КU и = –1 ► инвертор сигнала.

 

 

 

63

KU

 

 

f

-180

f

 

-360

 

На высоких частотах При = 360 ► ПОС ► самовозбуждение усилителя.

9.2.4 Разностный ОУ

 

 

 

RОС

 

 

R1

Uвх1

 

 

U

вх2

R

Uвых

 

2

 

 

 

R3

U

 

 

K

 

 

U

 

K

 

 

U

 

 

R3

 

 

 

 

 

вых

U

и

вх1

 

R

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U н вх2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

3

 

 

 

 

 

 

Roc

Uвх1

 

R1 Roc

 

R3

Uвх2.

 

 

 

 

R

 

R

 

 

 

R R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При RосR2 R1R3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U

вых

 

Roc

U

вх2

U

вх1

K

U p

U

вх2

U

вх1

 

 

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Коэффициент ослабления синфазного сигнала

Косс 1 КUр КUр ,

КUр

где КU p – различие в коэффициентах усиления по входам ОУ.

64

Лекция 10 ОПЕРАЦИОННЫЕ СХЕМЫ. ИМПУЛЬСНЫЕ УСТРОЙСТВА

10.1 Операционные схемы

Операционные схемы – для выполнения математических операций над входными сигналами.

10.1.1 Сумматор

Инвертирующий сумматор:

IОУ 0 I1 + I2 + I3 = –Iос;

I1

Uвх1

I2

Uвх2

I3

Uвх3

R1

 

 

R2

 

RОС

R3

Iос

 

 

IОУ

Uвы

 

 

 

R4

х

 

 

UОУ 0 ►

Uвх1

 

Uвх 2

 

Uвх3

 

Uвых

;

R1

R2

R3

 

 

 

 

 

ROC

 

 

 

R

 

 

R

 

 

R

 

U

вых

 

OC

U

вх1

 

OC

U

вх2

 

OC

U

.

 

 

 

 

 

R

 

R

 

R

вх3

 

 

 

1

 

 

2

 

 

3

 

 

При R1 = R2 = R3 = R

Uвых

 

ROC

U

вх1 Uвх2

Uвх3

 

 

 

 

R

 

 

.

KUвх1 Uвх2 Uвх3

65

10.1.2

 

 

Интегратор

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Uвх

 

 

 

R

 

 

iC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вх

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Uвых

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

UC

 

 

iCdt Uвых0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Uвх

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IОУ 0 ► i

 

i

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

вх

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

UОУ 0 ► Uвых = UС ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

t

 

 

 

 

 

 

 

Uвых UC

 

 

 

Uвх

dt Uвых0

 

 

Uвхdt Uвых0 .

 

C

 

 

RC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При Uвых0 = 0 ►

Uвых

 

 

Uвхdt .

 

 

 

 

 

 

RC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10.1.3

 

 

 

 

Дифференциатор

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i C

dUC

C

dUвх

 

 

 

 

C

 

 

 

ioc

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

dt

 

dt

 

Uвх

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

UОУ 0 ► Uвх = UС ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

iC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U

 

 

 

 

 

IОУ 0 ► iC iос

Uвых

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вых

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rос

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Uвых RосC dUвх .

dt

66

10.2 Импульсные устройства на ОУ

10.2.1 Общие сведения

Назначение: для генерирования, формирования, преобразования и передачи импульсных сигналов.

Основаны на ключевом режиме работы.

Преимущества импульсного режима:

высокая помехоустойчивость;

высокий КПД;

возможность цифрового представления информации.

Основной элемент импульсных устройств – транзисторный ключ.

По назначению:

аналоговые ключи (коммутируют цепи аналоговых сигналов);

цифровые ключи (создают низкий и высокий уровни Uвых).

10.2.2 Цифровые транзисторные ключи

Насыщенный ключ на биполярном транзисторе.

 

 

 

 

 

 

 

+Eк

 

 

Ключевой режим =

 

 

 

 

 

 

 

= режим отсечки + режим насыщения

 

 

 

 

 

Rк

 

 

 

Iк

Режим отсечки:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Uвых

uвх = 0 → iб = 0, iк ≈ 0,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rб

 

 

 

 

 

uвых Ек.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Uвх

 

 

 

 

 

 

 

 

VT

Режим насыщения:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Iб

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Iк нас

 

Eк Uкэнас

 

E

к

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rк

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rк

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Iб нас

Iк нас β;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

uвхнас

Iб насRб

Uбэнас Iб насRб.

uвых = Uкэ нас ≈ 0.

67

Коэффициент насыщения:

γ

iб

 

uвх Rк

.

Iб нас

 

 

 

 

Eк Rб

Обычно γ = 1,5…2.

Переходные процессы в ключе:

uвх

t

iк

Iк нас

t

uвых

Ек

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

tзад

 

tфр

 

tнак

 

 

t

рас

 

 

 

tср

tвос

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tвкл

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tвык

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tвкл = tзад + tфр + tнак (задержка включения, формирование фронта, накопление заряда);

tвык = tрас + tср + tвос (рассасывание избыточного заряда, формирование среза, восстановление).

γ↑ → tвкл↓ ; tрас↑ , tвык

+Eк

 

 

 

 

Для повышения быстродействия ►

С

Rк

Iк

форсирующий конденсатор:

 

R

б

 

Uвых

импульс iб↑ ► tвкл↓ ; tвык ↓.

Uвх

 

 

 

 

 

VT

 

Iб VD

 

 

 

 

 

Ненасыщенный ключ.

 

+Eк

VD

Rк uвых

uвх Rб

VT

 

68

При подходе к режиму насыщения открывается диод Шоттки и транзистор в насыщение не входит.

При закрывании ключа tрас ≈ 0 ► tвык↓,

но Uкэ отк

Ключ на полевых транзисторах.

Используются МДПТ с индуцированным каналом.

Ключ с резистивной нагрузкой:

+EС

uвх = 0 ► uвых = Ес ;

RС

uвх = uзи нас uвых = 0.

 

uВЫХ

uВХ

 

VT

 

Ключ на комплементарных транзисторах (КМДП):

+EС

 

VT2

uвх = 0 ► VT1 закрыт,

 

VT2 открыт,

 

uВЫХ

uвых = Ес ;

uВХ

VT1

uвх = uзи нас ► VT1 открыт,

 

VT2 закрыт,

 

 

uвых= 0.

69

10.2.3 Аналоговые ключи

 

 

uвх

uу

 

 

R

б

uвых

 

VT

Rн

uу ≤ 0

► VT закрыт, uвых = 0.

uу > 0

► VT открыт, uвых = uвх ,

если uвх > 0 – нормальное включение VT, если uвх < 0 – инверсное включение VT.

uкэ ≠ 0 – смещение uвых .

Компенсированный ключ:

uвх

 

Rн

uвых

VT1

-

VT2

 

 

 

 

Rб 1

uу

Rб 2

 

+

 

uу ≤ 0 ► транзисторы закрыты, uвых = 0. uу > 0 ► транзисторы открыты, uвых = uвх ,

если uвх > 0 – нормальное включение VT1, инверсное включение VT2, если uвх < 0 – наоборот.

uкэ1 + uкэ2 ≈ 0.

Ключ на комплементарных транзисторах:

uВХ

+E uВЫХ

При изменении uвх ► изменяется uзи :

-uу

VT1

uзи1 = -uу uвых → - Rси

uзи2 = +uу uвых → +ΔRси

+uу

VT2

Rоткр = Rси1 || Rси2 const

 

 

 

-E

70

10.2.4 Компаратор

Применение: сравнение напряжений, формирование импульсов и др.

Основа: работа ОУ в импульсном режиме.

п

uвых

uвх1

 

+U

 

 

вых m

uвх2

uвых

uОУ

 

 

 

п

 

-Uвых m

 

 

 

 

uОУ = uвх1 uвх2 > 0

uвых = +Uвых m

uОУ = uвх1 uвх2 < 0

uвых = -Uвых m

Если uвх2 = U0 (опорное напряжение) ►

u

uвх1

 

 

 

U0

 

 

0

t

 

 

+Uвых m

 

 

 

0

t

 

 

-Uвых m

 

10.2.5 Триггер Шмитта

Uвх

UОС

R1

Rос

U

+Uвых m

 

Триггер Шмитта ►

 

компаратор с ПОС.

 

вых

 

 

 

 

UГ

 

Uотп

0

uвх

 

Ucp

 

 

 

-Uвых m

ucp Uвых m

 

R1

 

;

uотп Uвых m

 

R1

R

R

 

R

R

1

 

OC

1

OC